IEC-GCT高溫特性研究.pdf

1、注入效率可控的門極換流晶閘管(IEC-GCT)是在陽極短路型門極可關(guān)斷晶閘管(SA-GTO)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新型大功率半導(dǎo)體器件。由于該器件通常工作在高壓和大電流下,產(chǎn)生的高功耗使其結(jié)溫升高,導(dǎo)致器件的特性退化,無法穩(wěn)定、可靠地運行。所以,研究IEC-GCT器件的高溫特性非常重要。本文在分析IEC-GCT的結(jié)構(gòu)、工作原理和室溫特性的基礎(chǔ)上,重點分析了高溫對IEC-GCT特性的影響。首先,建立了高溫特性的分析模型,模擬了高溫下IEC

2、-GCT的各項特性。然后,采用ANSYS軟件模擬了IEC-GCT陽極、陰極的散熱情況,提出改善IEC-GCT高溫特性的方法。最后,給出了2kA/4.5kV IEC-GCT優(yōu)化設(shè)計的結(jié)構(gòu)參數(shù)。主要研究內(nèi)容如下：首先,簡要地分析了IEC-GCT器件的結(jié)構(gòu)特點與工作機理,討論了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對IEC-GCT器件特性的影響。利用ISE軟件模擬了IEC-GCT器件常溫下的各項特性,并與SA-GTO的特性進行了比較。結(jié)果表明,IEC-GCT的導(dǎo)通特性

3、和開通特性有明顯改善。第二,研究了高溫對IEC-GCT器件關(guān)鍵特性參數(shù)的影響。針對IEC-GCT器件工作時產(chǎn)生的各種物理效應(yīng),選取了與實際情況接近的物理模型參數(shù),建立了高溫特性的分析模型,移植到ISE軟件,模擬了高溫下器件的靜態(tài)、動態(tài)特性。最后,給出滿足2kA/4.5kV要求的IEC-GCT器件優(yōu)化設(shè)計的結(jié)構(gòu)參數(shù)。第三,分析了具有波狀p基區(qū)(Corrugated p-base)IEC-GCT器件的結(jié)構(gòu)特點和工作機理。利用ISE軟件模擬分

4、析了具有波狀p基區(qū)IEC-GCT器件室溫和高溫下的各項特性,并與常規(guī)的IEC-GCT的特性進行了比較。結(jié)果表明,具有波狀p基區(qū)的IEC-GCT器件在導(dǎo)通、開關(guān)特性以及反向安全工作區(qū)(RBSOA)方面均有所改善。最后,用ANSYS軟件模擬了IEC-GCT陽極、陰極的散熱情況。結(jié)果表明,陽極區(qū)需選用合適的導(dǎo)熱系數(shù)大的材料作為陽極阻擋層；并且,采用梯形門-陰極結(jié)構(gòu)在芯片使用率、電流均勻性及散熱等方面均優(yōu)于矩形門-陰極結(jié)構(gòu)。該研究成果對GCT器